计算机网络复习总结(武汉大学)

第一章概述

1 计算机网络的定义：

⏹将地理位置不同、具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，

以功能完善的网络软件实现资源共享的系统。

⏹分布式计算机系统是在分布式计算机操作系统支持下，进行并行计算和分布式数据

处理的计算机系统；各互联的计算机互相协调工作，共同完成一项任务。

⏹分布式计算机系统与计算机网络系统在计算机硬件连接、系统拓扑结构和通信控制

等方面基本一样，都具有通信和资源共享等功能。

⏹计算机网络系统中的计算机是独立的，分布式计算机系统中的计算机是相互联系、

协调、有分工的。

⏹支持网络的是网络操作系统，支持分布式计算机系统的是分布式操作系统。

2 计算机网络的性能指标：

⏹数据传输率：每秒传输的比特数

⏹带宽：网络的最大数据传输率，是体现网络性能的一个指标

⏹吞吐量：单位时间通过网络的数据量

⏹时延：数据从源端到目的端所需要的时间。包括发送、传播、处理、排队时延

⏹时延带宽积：通道所能容纳的比特数

⏹往返时间：从源→目的→源的时延

⏹利用率：被利用的时间。信道利用率、网络利用率

3 计算机网络发展的四个阶段

⏹计算机网络的发展可分为四个阶段：

（1）雏形阶段：计算机技术与通信技术相结合，形成计算机网络的雏形；

（2）网络阶段：在通信网络基础上，完成网络体系结构与协议研究，形成了计算机网络；美国国防部1969年开始发展的ARPAnet：用于军事目的，主要是为了在战争的环境下，保持通信的畅通，但结果颇为丰富，ARPAnet可以发电子邮件（E-mail）、文件传输(FTP)、远程登录(Telnet)，成为了Internet的雏形。

ARPA网是计算机网络技术发展的一个重要的里程碑，它对发展计算机网络技术的贡献表现在以下几方面：

1.完成了对计算机网络的定义、分类；

2.提出了资源子网、通信子网的两级网络结构的概念；

3.研究了报文分组交换的数据交换方法；

4.采用了层次结构的网络体系结构模型与协议体系。

主要贡献是公开了这些研究成果

（3）网络标准化阶段：在解决计算机连网与网络互连标准化问题的背景下，提出开放式系统互连参考模型与协议，促进了符合国际标准的计算机网络技术的发展；

计算机网络发展的第三阶段是加速体系结构与协议国际标准化的研究与应用

国际标准化组织ISO于1977年成立了专门机构，正式制订并颁布了“开放系统互连基本参考模型”(OSI/RM，Open System Interconnection Reference Model)。

二十世纪八十年代，ISO与CCITT等组织为该参考模型的各个层次制订了一系列的协议标准，组成了一个庞大的OSI基本协议集。

首先应用在ARPAnet的TCP/IP协议经过不断地改进与规范化，目前广泛应用在Internet上，

成为事实上的工业标准。

（4）当前阶段：计算机网络向互连、高速、智能化方向发展，并获得广泛应用。

4 标准问题

（1）标准化的必要性：

不同的网络体系结构出现以后，使用同一个公司生产的各种设备都能够很容易的互连成网络。然而全球经济的发展使得不同的网络体系结构的用户迫切要求能够互相交换信息。

⏹不同标准的网络无法互连，标准必须标准化。

⏹标准之争有巨大的商业利益。

（2）三个模型：

OSI/RM模型是国际标准化组织(ISO)提出的开放式系统互连参考模型。OSI参考模型是研究如何把开放式系统(即为了与其他系统通信而相互开放的系统)连接起来的标准。

OSI参考模型将计算机网络分为七层

⏹OSI模型详细地描述了一个计算机网络模型，用这个模型可以很好地讨论计算机网

络。

⏹OSI模型太细、太复杂，执行效率低，不实用。

⏹OSI模型并未流行起来。

TCP/IP分层模型也被称为互连网分层模型或互连网参考模型，TCP/IP参考模型及其两个主要协议(TCP和IP)，就是为提高多个网络无缝连接能力而设计的。

TCP/IP模型的层次结构与OSI模型有所不同，它由网络接口层、互连网层、传输层和应用层组成。

⏹TCP/IP协议事先并没有描述模型，只是在对实际应用的协议进行总结、归纳后提出

了一个模型。

⏹TCP/IP模型层次不分明，允许用户应用层直接调用底层，不符合分层精神。但效率

高，实用。

⏹TCP/IP模型被广泛应用。

⏹TCP/IP协议从未宣称自己是标准，但成为事实上的国际标准。

具有五层协议的体系结构：

应用层功能：

数据发送方：确定何种数据要传输到哪里去；数据传输前做何种处理

数据接收方：将在发送端经过处理的数据还原，将数据交给应用程序。

传输层功能

⏹确定具体的数据传输和接收者，并利用网络将数据从传输者手中交到接收者手中

⏹对接收数据进行检查，确保不出现错误的数据

网络层功能

⏹确定从数据发送者到数据接收者之间的传输路径，及确定哪些中间节点参与此次的

数据传输工作。

数据链路层功能

⏹确保在相邻节点之间不出现错误的传输数据

物理层功能

⏹在相邻节点之间完成二进制数据串（比特流）的传输。

5 因特网介绍

多层结构

因特网由核心部分和边缘部分构成。

⏹核心部分：网络中连接计算机的部分，为信息的提供者和获取者提供连接服务。

⏹边缘部分：由所有计算机组成，它们是网络信息的提供者和获取者。

6 节点的存储转发方式

分组交换：单个分组（这只是整个报文的一部分）传送到相邻节点，存储下来查找转发表，转发到下一个节点。在分组存储期间，其它通信进程可以使用线路，提高了线路利用率。电路交换：整个报文的比特流连续的从原点抵达终点，好像在一个管道中传送。建立通道需要较长时间；通道占用期间，其它通信不能使用该线路，利用率低。

报文交换：整个报文先传送到相邻节点，存储下来后超找转发表，转发到下一个节点。

若要连续传送大量的数据，且传送时间大于连接建立时间，则电路交换的传输速率较快。报文减缓和分组交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率。由于一个分组的长度往往远小于整个报文的长度，因此分组交换比报文交换的时延小，同时也具有更好地灵活性

7 独立实体

⏹原本是指参与通信的两台计算机

⏹网络划分层次后，每个层次都成为一个独立实体

⏹在网络体系结构中，每个实体只与本地的上下层以及异地的同层实体有通信往来

⏹实体间的通信往来有规范约束，这个规范就是协议（同层之间）或服务（上下层间）。

8 服务

⏹下层为上层提供的一种或几种标准功能

⏹以因特网为例：

⏹传输层服务：TCP传输方式和UDP传输方式，可供应用层选择

⏹网络层服务：数据报传输，传输层无选择

⏹数据链路层：相邻节点间传输数据帧，网络层无选择

⏹物理层：相邻节点间传输比特流，链路层无选择

第二章物理层

1 物理层的地位

OSI模型中的最低层，它是建立在通信介质的基础之上，是计算机与通信介质之间的接口。

2 作用

任何形式的数据在计算机中都是用二进制数据（比特）表示，物理层的任务就是将化成比特串的数据真正传输出去。

物理层首先将比特数据转化成传输介质需要的信号形式，然后用传输介质传输信号，接收端物理层将接收的信号转化为比特数据。

物理层的这些功能实际上由网卡等硬件的接口功能实现。

3 物理层特性

机械特性：说明接口所用接线器的形式、尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等。

电气特性：说明在接口线缆的哪条线上出现的电压应在何种范围之内，即什么样的电压表示1，什么样的电压表示0。主要考虑信号的大小和参数、电压和阻抗的大小、编码方式等。功能特性：主要考虑每一条信号线的作用和操作要求，说明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。

规程特性：主要考虑利用接口传送比特流的整个过程中，各种可能事件的执行和出现的顺序。

4 物理层概念的解释

物理层不是指连接计算机的具体物理设备和传输介质。数据链路层使用物理层提供的服务，而不必关心具体的物理设备和传输介质，只需考虑如何完成本层服务和协议。换言之，物理